JP6612460B2 - 高速中性子炉の燃料棒および燃料棒の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力技術に関し、かつ液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉の炉心のための燃料棒及び燃料アセンブリを調製するのに使用することができる。

液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉の燃料アセンブリを形成する燃料棒は公知である。燃料棒は、クロム鋼で作られた薄壁管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料を含む。燃料棒はまた、ケーシングの外面に沿って広ピッチ螺旋状に巻き付けられてケーシングに対して又は端部構成要素に対して燃料棒の端部で固定されたワイヤの形態にある間隔要素（スペーサ要素）を含む。間隔要素は、燃料アセンブリの断面にわたって規則的に離間した平行燃料棒の束の形態にある燃料アセンブリを形成するように構成される。燃料棒及び燃料アセンブリのこの構成は、ＢＮタイプのナトリウム冷却式高速中性子炉において成功裏に受け入れられてきた。ＢＮタイプの反応炉では、燃料棒ケーシングの外径は、５．９ｍｍから７．５ｍｍの範囲で変化し、壁厚は約０．３ｍｍであり、燃料アセンブリの三角形アレイ内の隣接燃料棒のケーシング間の最小距離を定める間隔要素を生成するのに使用されるワイヤの直径は約１ｍｍである。しかし、そのような燃料棒構成は、ウラン−プルトニウム窒化物燃料を利用して設計された鉛冷却式高速中性子炉のための燃料アセンブリに使用される時に欠点を有する。これらの欠点は、そのような炉心の最適特性を与えるために燃料棒ケーシング及びペレットの直径、並びに隣接燃料棒のケーシング間の距離がより大きい値を有することに起因して生じる。例えば、開発されたＢＰ−１２００タイプの反応炉のためのケーシングの外径は、１０ｍｍよりも大きい可能性があり、燃料アセンブリ内の隣接燃料棒間の距離は、３ｍｍよりも大きい可能性がある。この場合に、ＢＰタイプの反応炉に対して公知の燃料棒構成を使用する時に、直径が約３ｍｍのステンレス鋼ワイヤが、薄壁チューブの周りに巻き付けられる。そのような燃料棒構成は、燃料アセンブリに対する金属消費を有意に増大し、すなわち、炉心の中性子特性及び物理特性を低下させる。更に、薄壁ケーシングの面にわたって指定張力下で巻き付けられた重いワイヤは、燃料棒の幾何学形状を有意に変形する可能性があり、例えば、それは、歪む可能性がある。そのような燃料棒構成の別の欠点は、間隔要素がその横断断面平面内で剛性であることである。これが、間隔要素変形が炉心での燃料照射中に燃料膨張及び燃料棒ケーシングの直径の増大を補償することができない理由である。これは、燃料棒の薄壁ケーシング内の更に別の変形及び張力、孔食腐食過程の加速、及びケーシングが間隔要素に接触するゾーンでのケーシング故障の確率の増大をもたらす。

薄壁鋼鉄管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料を含み、液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉のための燃料アセンブリを形成する燃料棒は公知である（１Ｐ８６４６７９１）。燃料棒はまた、ケーシングの外面の周りに螺旋状に巻き付けられて燃料棒の端部構成要素に固定されたたワイヤの形態にある間隔要素を含む。燃料棒に沿って延びる間隔要素のワイヤは変化する直径を有し、下側及び上側部分では、燃料棒ワイヤは、１．４ｍｍの直径を有し、中央部分では、燃料棒は、若干小さい直径を有する。燃料棒のそのような構成は、ケーシングに対するその機械的衝撃を燃料放射過程中に集中照射誘導膨張を受ける燃料棒の中央部分で低下させる。しかし、この構成は、鉛冷却材を利用する高速中性子炉の炉心でのその使用をかなり制限する上述の類似ソリューションと同じ欠点を有する。これに加えて、燃料棒の公知の構成は、バーンアウトの開始時に燃料アセンブリの中央部分の横剛性を低減し、すなわち、燃料棒ケーシングを歪ませる。

端部構成要素を有する薄壁鋼ケーシングの形態にある気密密封容器に配置された核燃料とケーシングの外面上に配置されて燃料棒の端部に固定された間隔要素とを含み、液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉のための燃料アセンブリを形成する燃料棒は公知である（ОВ１４５９５６２）。間隔要素は、ケーシング外面の周囲に広ピッチ螺旋状に巻き付けられたバネの形態にある螺旋ワイヤである。そのような構成は、要素に対する比較的低い金属消費と共に燃料アセンブリの隣接燃料棒間の望ましい距離を維持することを助ける。しかし、そのような構成を有する燃料棒内の間隔要素は、燃料棒のものよりも数倍大きい長さを有する比較的細いワイヤで生成される。これが、炉心内の液体−金属−冷却材が作動温度まで加熱された時に、ワイヤの全長が大きく増大し、螺旋形状の局所歪みと燃料棒ケーシングの面に対する螺旋巻線の変位とをもたらす理由である。それは、可動バネ巻線と形成される燃料棒ケーシングとの間の接触点でのフレッチング腐食の複数の集中点のリスクを高める。

薄壁鋼鉄管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料を含み、液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉のための燃料アセンブリを形成する燃料棒は公知である。間隔要素が、ケーシング面の周りに広ピッチ螺旋状に巻き付けられ、燃料棒の端部構成要素に固定される（ОВ１４５０８７８）。間隔要素は、いくつか（３又は４以上）のワイヤから構成されたケーブルの形態に作られる。そのような構成に起因して、間隔要素機能をいくつかのワイヤにわたって分散させることが可能になり、それによってその特性の望ましい組合せを与える。間隔要素の必要とされる縦強度と燃料アセンブリ内の燃料棒間の離間距離とは、ワイヤ本数とワイヤ直径を選択することによって与えられる。燃料膨張中の間隔要素の横変形能は、ワイヤを互いに対して変位可能にし、かつ隣接燃料棒のケーシング間の接触ゾーン内でケーブルの断面形状を局所的に変更することを可能にすることによって与えられる。この構成の欠点は、その比較的高い金属消費、多重ワイヤケーブルを燃料棒に固定する複雑な工程、並びに鉛冷却材による細いワイヤの腐食及び破壊のリスクの増大を含む。

薄壁鋼鉄管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料を含み、液体−金属冷却材を利用する高速中性子炉のための燃料アセンブリを形成する燃料棒は公知である。燃料棒の構成要素に固定された間隔要素が、ケーシングの面の周りに巻き付けられる（１１８３９４４４６８）。間隔要素は、２つの相互結合された構成要素、すなわち、薄壁チューブとチューブの内側に配置された補強ワイヤとして作られる。これに加えて、端部構成要素は、それに取り付けられたワイヤのみを含み、チューブは、燃料棒生成のステージでワイヤとケーシングの外面との間に押圧される。この構成は、間隔要素の特性及び機能をその２つの構成要素の間で分散させることを可能にし、それによって特性の望ましい複合性が与えられる。間隔要素の必要とされる縦強度は、ワイヤ直径を選択することによって与えられる。燃料アセンブリ内の燃料棒間の望ましい間隔は、チューブの外径を選択することによって与えられる。燃料膨張の間隔要素変形及び半径方向補償は、小さいチューブ壁厚によって与えられる。この構成の欠点は、構成の複雑さ、比較的高い金属消費、及びワイヤとチューブ間の狭い間隙内の冷却材からの活性不純物の蓄積のリスクの増大を含む。これは、ケーシング内の局所過熱と、ケーシング、ワイヤ、及びチューブ間の接触点での鉛冷却材内の腐食中心とのリスクをかなり増大する。

１Ｐ８６４６７９１ ОВ１４５９５６２ ОВ１４５０８７８ １１８３９４４４６８

本発明の目的は、高速中性子炉心の中性子パラメータ及び物理パラメータを改善し、並びに燃料棒及び燃料アセンブリの作動信頼性を改善することである。この目的は、燃料棒に対する金属消費を低減し、かつ使用時に膨張後のその作動性を間隔要素によって印加される燃料棒ケーシング内の機械的応力の低減の結果として維持することにある本発明の技術的効果によって達せられる。

本発明の核心は、高速中性子炉の燃料棒（薄壁鋼鉄管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料と、ケーシングの外面の周りに広ピッチ螺旋状に巻き付けられ、かつケーシングに及び／又は端部構成要素に燃料棒の端部で固定された間隔要素とを含み、燃料棒ケーシングの内側には、非核分裂性材料、溶融金属等で作られた燃料ペレットホルダ又はインサートのような追加構成要素を配置することができる）が、チューブの長さ上を延びる貫通縦スロットを有する薄壁チューブの形態に作られた間隔要素と間隔要素を燃料棒上に固定するための端部セクションとを含むことにある。

燃料棒の特定の実施形態は、以下のパラメータを含む：
−スロットが、間隔要素チューブの全長に沿って延び、
−間隔要素チューブ内のスロット幅が、チューブの外径の０．１から０．３の範囲にあり、
−間隔要素チューブの中央部分でのスロット幅が、その周囲上のスロットのものよりも大きく、
−チューブ壁の厚みが、燃料棒ケーシングの厚みの０．２５から１の範囲にあり、
−間隔要素が、燃料棒ケーシングと同じ鋼で作られ、
−間隔要素の端部セクションが、ケーシングの外面上及び／又は端部構成要素上への溶接前拡張技術によって作られ、
−間隔要素の端部セクションが、燃料棒ケーシングに溶接され、
−間隔要素の端部セクションが、燃料棒の端部構成要素に溶接され、
−間隔要素の１つの端部セクションが、端部構成要素に溶接され、第２のものが、ケーシングに溶接され、
−間隔要素のチューブが、炉心冷却材として使用される金属又は合金、例えば、鉛で全体的又は部分的に充填されること。

本発明による間隔要素は、ステンレス鋼薄壁チューブで作ることができ、チューブの外径は、間隔要素直径に等しい。チューブには、縦切り欠きが設けられ、次いで、望ましい幅のスロットが形成され、燃料棒のケーシング及び／又は端部構成要素との溶接のための端部構成要素が形成される。間隔要素の生成のこの方法は、以下によって特徴付けられる：
−薄壁チューブが、燃料棒ケーシングの生成に使用されるステンレス鋼で作られ、
−溶接のためのケーシング要素の周囲セクションが、円筒面の部品の形態に作られ、円筒面の作動直径が、ケーシング及び／又は端部構成要素の外径に等しく、
−薄壁チューブ内に縦貫通切り欠きを形成する前に、チューブが、例えば、溶融鉛を注入することによって冷却材材料で事前充填される。

本発明による燃料棒の間隔要素はまた、ステンレス鋼の薄テープで作ることができる。間隔要素の生成の本方法のこの実施形態は、以下によって特徴付けられる：
−間隔要素のチューブが、間隔要素の外径に等しい作動直径を有するダイス、又はローラ、又はゲージを使用する公知の方法によってテープから形成され、
−間隔要素の溶接のための端部構成要素が、ダイス、ローラ、又はゲージを用いて部品の周囲セクションを加工することによる公知の方法によって形成され、作動直径が、ケーシング及び／又は端部構成要素の外径に等しく、
−間隔要素のチューブが、チューブの内径に等しい直径を有するワイヤの形態にある心棒を使用することによって形成され、
−間隔要素の中央部分が、チューブ内側の直径に等しい直径を有する鉛ワイヤの形態にある心棒を使用することによって形成され、
−チューブ内のスロット幅が、間隔要素の形成のステージで較正され、
−テープが、燃料棒ケーシングに使用された鋼から生成され、
−テープが、燃料棒ケーシングからそれを固定長及び幅の縦セグメントに切断することにより、かつ例えば圧延するためにそれを更に加工することによって形成される。

本発明を燃料棒、間隔要素、及び本方法の一部の実施形態を詳細に例示する図１から図６に示す図面で説明する。

縦スロットを有する薄壁チューブの形態にある間隔要素を有する燃料棒の断面図である。 チューブが冷却材材料で、例えば、鉛で全体的又は部分的に充填された縦スロットを有する薄壁チューブの形態にある間隔要素を有する燃料棒の断面図である。 間隔要素がケーシングに溶接された燃料棒の端部セクションを示す図である。 本方法の第２の実施形態により燃料棒ケーシングのためのチューブから間隔要素を作るために縦セグメントを切断するスキームを示す図である。 ａ）インサートなしで、ｃ）鉛ワイヤの形態にあるインサートを用いて本方法の第２の実施形態により間隔要素を形成するスキームを示す図である。 間隔要素の全体図を示す図である。

本発明の実施形態のうちの１つによる燃料棒（１）（図１、図２、及び図３を参照されたい）は、端部構成要素（３）で密封された薄壁ケーシング（２）を含む。ケーシング（２）の外面の周りには、縦スロット（６）と端部セクション（７）と移行セクション（８）とを有するチューブ（５）を含む間隔要素（４）が広ピッチ螺旋状に巻き付けられる。端部セクション（７）の縁部（９）がケーシング（２）に溶接される。ケーシング（２）の内側には、核燃料（１０）、及び必要に応じて燃料ホルダ、非核分裂性材料、溶融金属等（図示せず）からの要素のような他の構成要素及び材料が配置される。チューブ（５）の内側は、間隔要素の製造中に間隔要素の組成内にワイヤの形態で組み込まれる冷却材材料（１１）、例えば、鉛を含むことができる。

燃料棒（１）構成は、チューブ（５）の外径の０．１から０．３の幅を有するスロット（６）が設けられたチューブ（５）の圧縮性及び変形の結果として炉心内のケーシングの照射誘導膨張を補償する。スロット幅の範囲のチューブ（５）の横変形は、ケーシング（２）内の接触応力のいかなるかなりの増大も引き起こさず、従って、高燃焼温度でケーシングをより信頼性の高いものにする。更に、上述の幅の縦スロット（６）を有する燃料棒（１）のそのような構成は、炉心内で冷却材がチューブ（５）内に縦方向と横方向の両方で出入りすることを可能にする。それによって冷却材からの活性不純物の蓄積のための局所区域の形成、並びにケーシング（２）内の過熱点及び腐食核の形成のリスクが低下する。燃料棒の高さ方向に不均一な燃焼及びケーシング（２）の膨張を考慮して、スロット（６）の幅は、不均等にすることができ、チューブ（５）の中央部分で周囲でのものよりも幾分大きくすることができる。そのような構成は、燃料アセンブリの幾何学的安定性及び剛性を最適化することを助ける。

間隔要素（４）の剛性と、横変形によって引き起こされる応力を低減することとの最適な組合せを与えるために、チューブ（５）の壁及び間隔要素の端部セクション（７）の厚みは、燃料棒のケーシング（２）の厚みの０．２５から１の範囲で選択される。間隔要素（４）のこの厚みと、燃料棒のケーシング（２）に対するものと同じ鋼の使用とは、端部セクション（７）とケーシング（２）及び／又は端部構成要素（３）との間の強力で確実な溶接接合を達成するための可能な最良の状態を生成することを助ける。燃料棒のそのような構成に起因して、構造要素の様々なタイプの溶接接合を達成することができ、例えば、これらの端部セクション（７）をケーシング（２）又は端部構成要素（３）に溶接することができ、又は１つの端部セクション（７）を端部構成要素（３）に溶接し、別の１つをケーシング（２）に溶接することができる。スロット（６）の幅は、上述の幅だけではなく、更にチューブ（５）の縁部（１６）を内折りすることによって定めることがでる。そのような折り返し（１６）は、燃料棒製造中の間隔要素（４）の形状の安定性を高める。

燃料棒（１）は、冷却材材料（１１）、例えば、鉛が全体的又は部分的に充填されたチューブ（５）を有する間隔要素（４）を用いて作ることができる。そのような構成は、高速中性子炉心の形成中に燃料棒及びこの燃料棒から形成される燃料アセンブリの改善された構造強度及び剛性を与える。炉の始動時にかつ高温冷却材をその炉心内に供給する時に、鉛（１１）は溶融し、冷却材組成に移行する。

本発明による燃料棒のための間隔要素の構成及び間隔要素の生成の方法を図４、図５、及び図６によって例示する。

図４は、ケーシング（２）の外面の周りに広ピッチで巻き付けられてそこに固定された後に燃料棒の間隔要素（４）を生成するブランク（１２）の全体図を示している。ブランクは、薄壁チューブ（５）と、ケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接のための内径を有する円筒ケーシングの断片の形態にある端部セクション（７）との形態に作られる。チューブ（５）と端部セクション（７）は、この端部セクション（７）をケーシング（２）又は端部構成要素（３）と溶接するための結合を与える形状を有する移行セクション（１３）によって相互接続される。端部セクション（７）は、ブランクを燃料棒ケーシングの周りに溶接するのに特定的に使用され、更に間隔要素（４）が固定された後に除去される技術セクション（図示せず）を含むことができる。ブランク構成要素の寸法の比、それを製造するのに使用される材料の特性は、本発明による燃料棒構成での間隔要素（４）に関して上記で与えている。

燃料棒を生成し、ブランク（１２）をケーシング（２）の周りに巻き付ける時にチューブ（５）の形状及びサイズを固定するために、チューブ（５）は、冷却材材料（１１）、例えば、鉛で全体的又は部分的に充填される。

間隔要素の生成の方法の第１の実施形態により、ブランク（１２）は、予め定められた幅の縦スロット（６）を生成する貫通切り欠きが設けられたケーシングを有する薄壁チューブから形成される。スロット（６）の幅は、上述の幅だけではなく、更にチューブ（５）の縁部（１６）を内折りすることによって定めることがでる。そのような折り返し（１６）は、燃料棒生成中の間隔要素（４）の形状の安定性を高める。

薄壁チューブの外径は、間隔要素のチューブ（５）の直径に等しい。次いで、間隔要素（４）の溶接のための端部セクション（７）が、燃料棒ケーシング及び／又は端部構成要素の外径に等しい直径を有する円筒面の断片として形成される。薄壁チューブは、燃料棒ケーシングの生成に使用されるステンレス鋼で作られる。間隔要素（４）の形状の安定性を改善するために、薄壁チューブ内に縦貫通切り欠きを形成する前に、例えば、溶融鉛を注入することにより、チューブが冷却材材料で事前充填される。ブランク（１２）の長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒の間隔要素（４）が形成される時のケーシング（２）の周りのブランク（１２）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。

本方法の第２の実施形態により、間隔要素は、ステンレス鋼薄テープから形成される。最も適切なソリューションは、燃料棒ケーシングに使用される鋼でテープを生成することである。この鋼は、金属冷却材内、例えば、鉛内で高い耐腐食性を有する。テープは、燃料棒ケーシングを生成するのに使用される技術に従って作られたチューブから達成することができる。この目的で、例えば、チューブ（１５）を固定長さ及び幅を有する縦部品（１４）に切断することができ、断片は、更に加工する（例えば、厚みを増す）ことができ、例えば、圧延することができる。

チューブ（１５）は、燃料棒ケーシングのためのチューブと同一のチューブ、又は燃料棒ケーシングのためのチューブのいずれかの追加の加工、例えば、厚みの低減のための加工の後に生成されるチューブのいずれかである。本方法は、得られた部品（１４）を燃料棒のケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接のための端部セクション（７）を有する予め定められた幅の縦貫通スロットを有するチューブ（５）の形態に形成する（巻き上げる）段階を含む。ブランク（１２）の長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒の間隔要素（４）が形成される時のケーシング（２）の周りのブランク（１２）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。間隔要素（４）を形成する前に縦部品（１２）が圧延される場合に、部品の最初の長さ及び幅は、圧延が完了した後の部品の拡張に基づいて選択される。

チューブ（５）は、外側ゲージを通じた引き出しによって部品（１４）を巻き上げること又は形成ローラを用いてそれを押圧する（巻き上げる）ことのようないずれか公知の方法によって形成される。形成デバイスの作動直径は、チューブ（５）の外径に等しいように選択される。スロット（６）の幅は、チューブ（５）の直径に依存する部品（１４）の弧長を計算することによって形成される。スロット（６）の幅は、スロット（６）の１つ又は２つの縁部上に折り返し（１６）を形成することによって正確に較正することができる。チューブ（５）の円周の余剰部分は、ブランク（１２）が形成される時のスロット（６）の較正中に除去することができる。例えば、ケーシング（２）の外径に等しい作動直径、又は端部構成要素（３）の幾何学パラメータに対応する作動直径を有するマンドレルを用いて溶接のためのブランクの周囲セクションが形成される。ブランク（１２）の要素の形状及びサイズを正確に固定するために、チューブ（５）の内径に等しい直径を有するワイヤ（１１）の形態にある心棒を使用することによってブランクの管状セクションが形成される。ブランク生成の１つの可能な実施形態により、チューブ（５）の内径に等しい直径を有する鉛ワイヤ（１１）が使用される。従って、ブランク（１２）の形成の完了後にケーシング（２）の周りにワイヤを巻き付けることによる間隔要素（４）の形成と続く燃料棒の生成とにおいてそのような構成の形態にあるブランクを使用するためにチューブ（５）からワイヤを取り出す必要がない。そのような技術的ソリューションは、燃料棒の形状及びサイズをより安定させ、それらを燃料アセンブリ内でより規則的に互いから空間を置いて配置することを可能にする。

間隔要素の生成の方法の第１及び第２の実施形態により、引抜ダイス又はマンドレルを用いるブランク（１２）の形成中に、チューブ（５）内のスロット（６）の幅を較正しなければならない。本方法の特定の実施形態のうちの１つにより、そのような較正は、燃料棒の高さ方向に不均一な照射誘導燃料膨張を考慮するためにブランク（１２）の中央部分においてスロット（６）の広めの幅を形成する段階を含む。

本発明による燃料棒のための間隔要素の生成の実施例を更に示している。

本方法の第１の実施形態により、１２ｍｍのケーシング外径と０．５ｍｍの厚みとを有する燃料棒に向けて４ｍｍに等しいチューブ（５）の外径を有する間隔要素（４）が作られる。ケーシング（２）は、鉛冷却材環境内で高耐腐食性を有する鋼で作られる。ブランク（１２）を生成するために、４ｍｍの外径と０．３ｍｍの壁厚（すなわち、燃料棒ケーシングの厚みの０．６に等しい）とを有するステンレス鋼の薄壁チューブがいずれかの公知の方法によって形成される。薄壁チューブの長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒（１）のケーシングの周りの間隔要素（４）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。薄壁チューブ全体に沿って１ｍｍ（すなわち、薄壁チューブの外径の０．２５）の幅を有する縦貫通切り欠きが作られ、間隔要素（４）のスロット（６）を有する管状部分（５）が形成される。次いで、燃料棒のケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接に向けてケーシング（２）の半径に等しい半径、すなわち、１２ｍｍを有する円筒面の断片の形態にある端部セクション（７）が薄壁チューブを消費することによって達成される。

「実施例１」に示すサイズを用いて燃料棒のための間隔要素（４）が作られる。ブランク（１２）を生成するために、４ｍｍの外径と０．３ｍｍの壁厚（すなわち、燃料棒ケーシングの厚みの０．６に等しい）とを有する「実施例１」に示すサイズを有するステンレス鋼の薄壁チューブが形成される。薄壁チューブ全体に沿って０．４ｍｍの幅を有する縦貫通切り欠きが作られる。次いで、較正により、１．２ｍｍ、すなわち、薄壁チューブの外径の０．３のスロット（６）の最終幅が形成される。較正中に、スロットの縦縁部の一方又は両方がチューブ（５）内に折り返され、全体高さが０．７ｍｍ（１．２−０．４）である折り返し（１６）が形成される。次いで、燃料棒のケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接に向けてケーシング（２）の半径に等しい半径、すなわち、１２ｍｍを有する円筒面の断片の形態にある端部セクション（７）が薄壁チューブを消費することによって達成される。

１２ｍｍのケーシング外径、０．５ｍｍの厚みを有し、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しい燃料棒要素が作られる。ケーシングは、鉛冷却材環境内で高耐腐食性を有する鋼で作られる。要素を生成するために、燃料ケーシングを生成するのに使用されるチューブと同一の直径、壁厚、すなわち、１２ｍｍのケーシング直径及び０．５ｍｍの厚み、及び同一の材料を有するチューブ（１５）が使用される。断片（１４）及びブランク（１２）のためのチューブ（１５）の長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒（１）のケーシングの周りの間隔要素（４）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。

３７．６８ｍｍの円周を有するチューブ（１５）が、１２．５６ｍｍ（３７．６８：３）から切断ホイールの厚みを差し引いた弧長を有する３つの等しい縦断片（１４）に切断される。０．５６ｍｍのツール厚を有することで、１２ｎｍの弧長を有する３つの断片（１４）が得られる。これらの断片（１４）を用いて、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しく、スロット（６）の幅がチューブ（５）の外径の０．２５に等しい１ｍｍであるブランク（１２）が形成される。本発明の場合は０．４４ｍｍであるチューブ（５）の円周の余剰部分は、スロット（６）の１つ又は２つの縁部上でチューブ（５）の内側に向く折り返し（１６）を形成することによって補償することができる。チューブ（５）の円周の余剰部分は、１２ｍｍである断片（１４）の弧長と１ｍｍであるスロット（６）の幅との和と、１２．５６ｍｍであるチューブ（５）の円周との差（すなわち、１２＋１−１２．５６＝０．４４）として定められる。

更に別の実施形態により、チューブ（５）の円周の余剰部分は、ブランク（１２）が形成される時のスロット（６）の較正中に除去することができる。ケーシング（２）との溶接に向けて、ケーシング（２）の半径に等しい半径、すなわち、１２ｍｍを有する円筒面の断片の形態にある端部セクション（７）が形成される。

「実施例１」で記述したサイズ（１２ｍｍのケーシング外径、０．５ｍｍの厚みを有し、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しい）を有する燃料棒のための要素が作られる。要素を生成するために、燃料ケーシングを生成するのに使用されるチューブと同一の直径、壁厚、及び材料を有するチューブ（１５）が使用される。「実施例１」の場合と同様に、１２ｍｍの弧長を有する３つの断片（１４）が作られる。これらの断片（１４）を用いて、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しく、スロット（６）の幅がチューブ（５）の外径の０．２５に等しい１ｍｍであるブランク（１２）が形成される。チューブ（５）は、チューブ（５）の長さに沿ってブランク（１２）の中心に既に配置されている３ｍｍの直径を有する鉛ワイヤ（１１）を用いて形成される。

「実施例１」で記述したサイズ（１２ｍｍのケーシング外径、０．５ｍｍの厚みを有し、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しい）を有する燃料棒のための要素が作られる。ブランク（１２）を生成するために、燃料棒ケーシングの厚みの０．６の０．３ｍｍの壁厚を有するチューブ（１５）が使用される。チューブ（１５）は、燃料棒ケーシングを生成するのに使用されるチューブの更に別の熱加工及び機械加工の結果として作られる。断片（１４）及びブランク（１２）のためのチューブ（１５）の長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒（１）のケーシングの周りの間隔要素（４）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。

チューブ（１５）は、１２ｍｍの弧長を有する縦断片（１４）に切断される。これらの断片（１４）を用いて、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しく、スロット（６）の幅がチューブ（５）の外径の０．２５に等しいブランク（１２）が形成される。ブランク（１２）は「実施例１」におけるように形成される。ブランク（１２）が「実施例」におけるように形成される場合に、鉛ワイヤ（１１）の直径は３．４ｍｍである。

本方法の第２の実施形態により、「実施例１」で記述したサイズ（１２ｍｍのケーシング外径、０．５ｍｍの厚みを有し、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しい）を有する燃料棒の間隔要素（４）のためのブランク（１２）が作られる。要素を生成するために、４ｍｍの外径と０．３ｍｍの壁厚（すなわち、燃料棒ケーシングの厚みの０．６に等しい）とを有するステンレス鋼の薄壁チューブがいずれかの公知の方法によって形成される。薄壁チューブ全体に沿って１ｍｍ（すなわち、薄壁チューブの外径の０．２５）の幅を有する縦貫通切り欠きが作られ、間隔要素（４）のスロット（６）を有する管状部分（５）が形成される。次いで、燃料棒のケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接に向けてケーシング（２）の半径に等しい半径、すなわち、１２ｍｍを有する円筒面の断片の形態にある端部セクション（７）が薄壁チューブを消費することによって達成される。

１２ｍｍのケーシング外径、０．５ｍｍのケーシング厚を有し、チューブ（５）の外径が４ｍｍに等しい燃料棒要素が作られる。ケーシングは、鉛冷却材環境内で高耐腐食性を有する鋼で作られる。要素を生成するために、燃料棒ケーシングのための材料で作られたテープが使用される。テープ幅は１２ｍｍであり、厚みは０．１５ｍｍ（すなわち、ケーシング厚の０．３）である。次いで、「実施例３」で説明したモードに従って要素が形成される。

本方法の第１の実施形態により、１２ｍｍのケーシング外径と０．５ｍｍの厚みとを有する燃料棒のための４ｍｍに等しいチューブ（５）の外径を有する間隔要素（４）が作られる。ケーシング（２）は、鉛冷却材環境内で高耐腐食性を有する鋼で作られる。ブランク（１２）を生成するために、４ｍｍの外径と０．３ｍｍの壁厚（すなわち、燃料棒ケーシングの厚みの０．６に等しい）とを有するステンレス鋼の薄壁チューブがいずれかの公知の方法によって形成される。薄壁チューブの長さは、燃料棒のケーシング（２）の長さ及び直径、並びに燃料棒（１）のケーシングの周りの間隔要素（４）の予め定められた巻き付けピッチに基づいて定められる。薄壁チューブは、原子炉の炉心からの溶融冷却材、例えば、溶融鉛で充填される。チューブを冷却した後に、チューブ全体に沿って１ｍｍ（すなわち、薄壁チューブの外径の０．２５）の幅を有する縦貫通切り欠きが作られ、間隔要素（４）のスロット（６）を有する管状部分（５）が形成される。次いで、燃料棒のケーシング（２）又は端部構成要素（３）との溶接に向けてケーシング（２）の半径に等しい半径、すなわち、１２ｍｍを有する円筒面の断片の形態にある端部セクション（７）が薄壁チューブを消費することによって達成される。

本発明の構成は、薄壁チューブの形態に作られた間隔要素を用いて燃料棒の金属消費のかなりの低減を可能にする。チューブの間隔要素内に作られた縦貫通スロットは、間隔要素の横変形能を改善し、炉心内の燃料が燃焼する時に燃料棒ケーシング内に生じる局所応力を低減することを可能にする。これらの技術的結果は、高速中性子炉の炉心の中性子パラメータ及び物理パラメータを改善すること、並びに燃料棒及び燃料アセンブリの作動信頼性を改善することに役立つ。この技術的ソリューションは、間隔要素の縦剛性を低減することを可能にする。これは、燃料棒の形状の有意な変形なしで間隔要素のブランクを薄壁ケーシングの面の周りに望ましい張力で巻き付けることを可能にする。更に、本発明の構成は、溶接された断片の均一な組成、構造、及び形状に起因して達成することができる間隔要素とケーシングの間の非常に信頼性の高い溶接接合を与える。この技術的ソリューションの上述の特徴は、その実際的用途の可能性を例えば鉛冷却材を用いた高速中性子炉のための燃料棒及び燃料アセンブリの製造に有することを可能にする。

１ 燃料棒
２ 薄壁ケーシング
４ 間隔要素
５ チューブ
６ 縦スロット

Claims (14)

1. 高速中性子炉の燃料棒であって、
   所定の壁厚を有する壁管状ケーシングと端部構成要素との形態にある気密密封容器に配置された核燃料と、
   前記壁管状ケーシングの外面の周りに所定ピッチの螺旋状に巻き付けられ、かつ該壁管状ケーシングの端部に又は前記端部構成要素に固定された間隔要素とを含み、
   前記間隔要素は、全長に沿って縦貫通スロットを有する所定の壁厚を有する壁チューブと燃料棒上に該間隔要素を固定する前記端部構成要素との形態に作られる、
   ことを特徴とする燃料棒。
2. 前記間隔要素の前記壁チューブ内の前記縦貫通スロットの幅が、該壁チューブの外径の０．１から０．３の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒。
3. 前記壁チューブの中央部分での前記縦貫通スロットの幅は、その周囲上の前記縦貫通スロットのものよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の燃料棒。
4. 前記壁チューブの前記所定の壁厚が、前記壁管状ケーシングの厚みの０．２５から１の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料棒。
5. 前記間隔要素は、前記壁管状ケーシングと同じ鋼で作られることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒。
6. 前記間隔要素の端部セクションが、燃料棒の前記壁管状ケーシング及び／又は前記端部構成要素に固定される円筒ケーシングの断片の形態に作られることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の燃料棒。
7. 前記間隔要素の端部セクションが、燃料棒の前記壁管状ケーシングに溶接されることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載の燃料棒。
8. 前記間隔要素の端部セクションが、燃料棒の前記端部構成要素に溶接されることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載の燃料棒。
9. 前記間隔要素の１つの端部セクションが、前記端部構成要素に溶接され、別の１つが、燃料棒の前記壁管状ケーシングに溶接されることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載の燃料棒。
10. 前記間隔要素は、縦スロットが設けられた所定の壁厚を有する壁チューブで作られることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒。
11. 前記間隔要素は、前記壁管状ケーシングの生成のためのチューブから切り出された縦断片で作られることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒を製造する方法。
12. 前記間隔要素は、前記壁管状ケーシングを生成するのに使用されるステンレス鋼の所定の厚さを有するテープで作られることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒を製造する方法。
13. 前記縦貫通スロットは、前記壁チューブの縦縁部を内折りすることによって形成されることを特徴とする請求項１、請求項１０乃至１２のうち何れか１項に記載の燃料棒を製造する方法。
14. 前記間隔要素の前記壁チューブは、冷却材材料、例えば、鉛で充填されることを特徴とする請求項１、請求項１０乃至１２のうち何れか１項に記載の燃料棒を製造する方法。

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